[发明专利]一种二氧化钒单晶微纳米线及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种二氧化钒单晶微纳米线及其制备方法与应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合五氧化二钒粉末与二氧化硅粉末，得到钒源粉末；(2)将生长衬底置于步骤(1)所得钒源粉末正上方，一并放入加热系统；(3)将步骤(2)所述加热系统抽真空并通入保护气体，启动升温程序进行化学气相沉积反应，制得二氧化钒单晶微纳米线。本发明实现了可控性地、高质量地定向生长各种不同相的二氧化钒晶体，进而拓宽了二氧化钒器件的应用范围并优化了其器件性能。

技术领域

本发明属于晶体材料技术领域，涉及一种单晶微纳米线，尤其涉及一种二氧化钒单晶微纳米线及其制备方法与应用。

背景技术

二氧化钒的相变特性一直受到国内外科学家的广泛关注，其在68℃从绝缘M1相向导电R相的金属绝缘相变诱发了许多有趣的物理现象，使得其在高性能智能器件领域有着广泛的应用。然而，二氧化钒的金属绝缘相变机制一直是一个未解的难题，其难点在于需要将相变过程中耦合的电子强关联作用和结构畸变区分开来。因此，发掘相变中的中间过渡态是探索二氧化钒相变机制的重要研究内容。

亚稳态M2相和T相作为M1-R相变中最为常见的过渡相经常被研究与讨论，并且M2相和T相的稳定引入，可以进一步拓宽二氧化钒器件的应用范围甚至优化其器件性能。一般有三种策略可实现M2与T相的稳定存在：(1)沿R相c轴方向施加拉伸应力或应变(J.H.Park,J.M.Coy,T.S.Kasirga,C.Huang,Z.Fei,S.Hunter,D.H.Cobden,Nature 2013,500,431)；(2)在二氧化钒晶格中掺杂三价金属，如Cr³⁺,Al³⁺,Ga³⁺,Fe³⁺等(B.L.Chamberland,J.SolidState Chem.1973,384,377)；(3)适量地引入过量的氧，形成非化学计量比的(V⁵⁺)_y(V⁴⁺)_1-yO₂结构(S.Zhang,I.S.Kim,L.J.Lauhon,Nano Lett.2011,11,1443)。

上述三种策略都有各自的技术难题：应力与应变虽然可实现可控性选择二氧化钒的相结构，但其很难应用于实际器件中，也无法保证器件的稳定性；金属掺杂过程引入了较大的金属原子，使得二氧化钒晶格中的缺陷增多，内应力增加，并不能有效反映二氧化钒相变的本征过程；现有的化学计量比调控技术并不能做到定量化地选择性制备二氧化钒的不同相结构。因此，我们亟需创造出一种可靠的策略来实现可控性地、高质量地定向生长各种不同相的二氧化钒晶体。

CN 111204805A公开了一种二氧化钒纳米线及其制备方法与应用，所述发明实现了在厘米级大小的衬底上均匀外延生长二氧化钒纳米线，具有一定的方向性，并且其长度可以达到微米级；所述制备方法属于物理气相沉积法，成本低，周期短，效率高，可重复性高。然而所述发明无法实现对二氧化钒纳米线晶相的可控调节，具有一定的偶然性，仍需进一步优化。

由此可见，如何提供一种二氧化钒单晶微纳米线及其制备方法与应用，实现可控性地、高质量地定向生长各种不同相的二氧化钒晶体，进而拓宽二氧化钒器件的应用范围并优化其器件性能，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化钒单晶微纳米线及其制备方法与应用，所述制备方法实现了可控性地、高质量地定向生长各种不同相的二氧化钒晶体，进而拓宽了二氧化钒器件的应用范围并优化了其器件性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种二氧化钒单晶微纳米线的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)混合五氧化二钒粉末与二氧化硅粉末，得到钒源粉末；

(2)将生长衬底置于步骤(1)所得钒源粉末正上方，一并放入加热系统；